龍眼發(fā)酵飲料的工藝優(yōu)化及其對DPPH的清除效果研究

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(1.廣西壯族自治區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所,廣西南寧 530007; 2.廣西果蔬貯藏與加工新技術(shù)重點實驗室,廣西南寧 530007; 3.廣西壯族自治區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)院園藝研究所,廣西南寧 530007)

龍眼(DimocarpuslonganLour.)是無患子科植物的果實,原產(chǎn)于中國華南地區(qū),是廣西、廣東、福建、海南等省的主要栽培水果之一。隨著我國種植面積的增加(占世界總面積的70%,居世界第一位),龍眼年產(chǎn)量迅速增長,在中國達到一百萬噸以上。龍眼果實呈圓形或扁圓形,果皮為黃棕色,果肉細膩甜美且富含膳食纖維、維生素A、維生素B1、維生素B2、維生素C、蛋白質(zhì)、多糖和礦物質(zhì),具有清除自由基[1]、降血糖[2]以及調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)和內(nèi)分泌系統(tǒng)等良好的保健功能[3]。龍眼果實因其較高的營養(yǎng)和保健價值,在中國被譽為“南國人參”。

表1 各種發(fā)酵劑成分及編碼Table 1 Composition and coding of various fermentation agents

龍眼果實在病原菌侵染率高的高溫季節(jié)成熟,收獲后極易變質(zhì)和褐變。采后果實不宜貯運的特點嚴(yán)重阻礙龍眼產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。因此,迫切需要進行果品加工,以解決大量原材料的腐爛和滯銷問題,提高龍眼產(chǎn)業(yè)的效益。果蔬發(fā)酵飲料是以水果或蔬菜經(jīng)過發(fā)酵后制成的汁液、水為原料,添加或不添加其他原輔料和添加劑的制品[4]。當(dāng)前果蔬發(fā)酵飲料主要是通過乳酸菌、保加利亞乳桿菌、嗜熱鏈球菌、腸膜明串珠菌腸膜亞種、雙歧桿菌BB-12、乳酸乳球菌雙乙酰亞種、干酪乳桿菌、乳酸乳球菌乳酸亞種、酵母菌單獨或混合發(fā)酵的方式獲得[5-13]。大量的研究表明,果蔬發(fā)酵飲料可以起到調(diào)節(jié)胃腸道菌群[14-15]、提高免疫力[16-18]、抗腫瘤[19-21]、抗氧化[22-24]、降低膽固醇[25-26]、抗疲勞[27]等功效,因此越來越受到廣大消費者的青睞。本研究對廣西大宗主流龍眼品種“石硤”進行發(fā)酵飲料加工工藝優(yōu)化及其抗氧化活性研究,為龍眼深加工及產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

龍眼鮮果 采自廣西桂平的石硤品種;白砂糖 南寧糖業(yè)股份有限公司;乳酸菌 煙臺帝伯仕自釀機有限公司;益生菌發(fā)酵劑、俄羅斯酸奶發(fā)酵粉、經(jīng)典老酸奶酸奶發(fā)酵粉、開菲爾酸奶發(fā)酵粉、雙歧桿菌酸奶發(fā)酵粉、兒童營養(yǎng)酸奶發(fā)酵劑(表1) 北京川秀科技有限公司;DPPH 默克生命科學(xué)(上海)有限公司。

SalvisLAB CN118恒溫生物培養(yǎng)箱 瑞士 Salvis 公司;ATX124電子天平 日本島津商貿(mào)有限公司;PAL-1糖度計 維欣儀奧康科技公司;PHS-3C酸度計 上海雷磁儀器廠。

1.2 實驗方法

1.2.1 工藝流程 采用成熟度高、新鮮的石硤龍眼去皮、去核后進行打漿,打漿后再進行過濾,得到純龍眼果汁后添加蒸餾水和白砂糖至實驗設(shè)計值,在65 ℃水浴加熱滅菌30 min,待溫度降至40 ℃時加入發(fā)酵劑(用量0.1%),在適宜的溫度下進行恒溫發(fā)酵。發(fā)酵結(jié)束后降溫至4 ℃進行冷藏。具體流程如下:

龍眼→清洗、去皮、去核→打漿→過濾→調(diào)配→滅菌→降溫→發(fā)酵→冷藏(4 ℃)→成品

1.2.2 龍眼發(fā)酵飲料工藝優(yōu)化

1.2.2.1 發(fā)酵時間的確定 將發(fā)酵劑在平板計數(shù)瓊脂培養(yǎng)基、37 ℃培養(yǎng)箱中培養(yǎng),每天取樣測定益生菌菌落總數(shù)直至數(shù)量急劇減小,以益生菌菌落總數(shù)最大時的發(fā)酵時間,作為龍眼發(fā)酵飲料實驗的發(fā)酵時間。

1.2.2.2 不同發(fā)酵劑的影響 在龍眼果汁含量為50%,白砂糖添加量8%,發(fā)酵溫度37 ℃,發(fā)酵劑添加量為0.1%,發(fā)酵時間4 d的條件下,選用7種不同的商業(yè)發(fā)酵劑:發(fā)酵劑A～G進行發(fā)酵。當(dāng)發(fā)酵結(jié)束后,放入4 ℃冰柜進行冷藏后進行感官品評,以感官評分為指標(biāo)考察不同發(fā)酵劑對龍眼發(fā)酵飲料的影響。

1.2.2.3 果汁含量的影響 在發(fā)酵劑選用發(fā)酵劑G,白砂糖添加量8%,發(fā)酵溫度37 ℃,發(fā)酵劑添加量為0.1%,發(fā)酵時間4 d的條件下,取果汁含量分別為:10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%進行發(fā)酵。當(dāng)發(fā)酵結(jié)束后,放入4 ℃冰柜進行冷藏后進行感官品評,以感官評分為指標(biāo)考察不同果汁含量對龍眼發(fā)酵飲料的影響。

1.2.2.4 加糖量的影響 在發(fā)酵劑選用發(fā)酵劑G,果汁添加量50%,發(fā)酵溫度37 ℃,發(fā)酵劑添加量為0.1%,發(fā)酵時間4 d的條件下,分別添加白砂糖5%、6%、7%、8%、9%、10%、11%進行發(fā)酵。當(dāng)發(fā)酵結(jié)束后,放入4 ℃冰柜進行冷藏后進行感官品評,以感官評分為指標(biāo)考察不同加糖量對龍眼發(fā)酵飲料的影響。

1.2.2.5 發(fā)酵溫度的影響 在發(fā)酵劑選用發(fā)酵劑G,果汁添加量50%,白砂糖添加量8%,發(fā)酵劑添加量為0.1%,發(fā)酵時間4 d的條件下,分別選擇不同溫度33、35、37、39、41、43、45 ℃進行發(fā)酵。當(dāng)發(fā)酵結(jié)束后,放入4 ℃冰柜進行冷藏后進行感官品評,以感官評分為指標(biāo)考察不同發(fā)酵溫度對龍眼發(fā)酵飲料的影響。

進入11月，京津冀三地空氣污染嚴(yán)重，污染物PM2.5濃度（微克/立方米）較去年同期均大幅反彈，霧霾反復(fù)出現(xiàn)。

1.2.2.6 龍眼發(fā)酵飲料正交實驗

表2 正交實驗因素水平Table 2 Factors and levels of orthogonal experiments

1.2.2.7 感官評價 感官評定由10人組成的評定小組,其中5名男生5名女生,25～35歲,長期從事果汁飲料感官評定工作。通過視覺、嗅覺、味覺三方面對樣品進行描述,并根據(jù)表3打分。

表3 龍眼發(fā)酵飲料感官評定標(biāo)準(zhǔn)Table 3 Sensory evaluation standard of longan fermented beverage

1.2.3 抗氧化活性評價 稱取0.02652 g DPPH,用無水乙醇定容至1000 mL。即濃度為6.5×10-5mol/L的DPPH溶液。取0.2～2.0 mL體積的試樣,蒸餾水補足至2 mL,加入2 mL的6.5×10-5mol/L的DPPH溶液,混勻后避光靜置30 min后,于517 nm處測定相應(yīng)吸光值為Ai。用無水乙醇代替DPPH溶液,相同的反應(yīng)條件下,測得吸光值為Aj。2 mL無水乙醇加2 mL DPPH溶液測得吸光值為Ao,其中用無水乙醇調(diào)零。

DPPH清除率(%)=[1-(Ai-Aj)/Ao]×100

1.2.4 其他指標(biāo)的檢測 總酸的檢測:參考GB/T 12456-2008食品中總酸的測定;鉛的檢測:參考GB 5009.12-2017食品中鉛的測定;總砷的檢測:參考GB 5009.11-2014食品中總砷及無機砷的測定;甲醛的檢測:參考GB/T 5009.49-2008發(fā)酵酒及其配制酒衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的分析方法;總糖的檢測:參考GB/T 23780-2009糕點質(zhì)量檢驗方法;菌落總數(shù)的檢測:參考GB 4789.2-2016食品微生物學(xué)檢驗 菌落總數(shù)測定;大腸菌群的檢測:參考GB 4789.3-2016食品微生物學(xué)檢驗 大腸菌群計數(shù);霉菌、酵母的檢測:參考GB 4789.15-2016食品微生物學(xué)檢驗 霉菌和酵母計數(shù);沙門氏菌的檢測:參考GB 4789.4-2016食品微生物學(xué)檢驗 沙門氏菌檢驗;志賀氏菌的檢測:參考GB 4789.5-2012食品微生物學(xué)檢驗 志賀氏菌檢驗;金黃色葡萄球菌的檢測:參考GB 4789.10-2016食品微生物學(xué)檢驗 金黃色葡萄球菌檢驗。

1.3 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)采用SPSS 19.0軟件進行處理并分析,采用Origin 8.1作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 龍眼發(fā)酵飲料工藝優(yōu)化結(jié)果

2.1.1 發(fā)酵時間的確定 如圖1所示,發(fā)酵劑在培養(yǎng)基中培養(yǎng),每天取樣測定益生菌菌落總數(shù),結(jié)果表明益生菌菌落總數(shù)最大值基本出現(xiàn)在發(fā)酵的第4 d,因此后續(xù)實驗的發(fā)酵時間統(tǒng)一定為4 d。

圖1 菌落總數(shù)圖Fig.1 Total plate count

2.1.2 龍眼發(fā)酵飲料單因素實驗結(jié)果

2.1.2.1 發(fā)酵劑對感官評分的影響 由圖2可知,當(dāng)發(fā)酵結(jié)束后,各不同發(fā)酵劑發(fā)酵所得的龍眼發(fā)酵飲料感官得分具有較大差異。發(fā)酵劑G得分最高,可達88.1分;發(fā)酵劑D得分第二,為81.9分;發(fā)酵劑C得分第三,為77.8分;發(fā)酵劑B得分最低,僅有61.9分。這是由于不同的發(fā)酵劑發(fā)酵產(chǎn)生的物質(zhì)種類及含量各不相同,所表現(xiàn)出的味道、香氣與龍眼汁的協(xié)調(diào)性都不相同,最終影響感官得分。上述結(jié)果表明,發(fā)酵劑對龍眼發(fā)酵飲料的感官評分具有重要影響,因此選取相對得分最高的3種菌種進行后續(xù)的正交實驗。

圖2 不同發(fā)酵劑對感官評分的影響Fig.2 Effect of different fermentation agents on sensory evaluation

2.1.2.2 果汁含量對感官評分的影響 由圖3可知,隨著龍眼果汁含量的持續(xù)增大,感官評分呈緩慢增大后逐漸減小的趨勢。當(dāng)果汁含量達到50%時,發(fā)酵結(jié)束后所得的龍眼發(fā)酵飲料感官評分最高,為86.4分。得分第二高的為龍眼果汁含量40%,第三高的龍眼果汁含量30%。而龍眼汁含量過低或過高發(fā)酵所得的龍眼發(fā)酵飲料的感官得分相對都不高,因為當(dāng)龍眼汁含量過低時,發(fā)酵飲料缺乏龍眼的特征香氣;龍眼汁含量過高時,龍眼的特征香氣過于濃郁而掩蓋了其它發(fā)酵香氣,最終造成感官評分偏低。因此,選擇龍眼果汁含量適中的30%、40%、50%作為影響因素進行后續(xù)的正交實驗。

圖3 果汁含量對感官評分的影響Fig.3 Effect of juice contents on sensory evaluation score

2.1.2.3 加糖量對感官評分的影響 從圖4可知,不同的白砂糖添加量發(fā)酵所得的龍眼發(fā)酵飲料感官得分存在明顯區(qū)別。總體來看,感官得分隨著加糖量的增加呈先微增后不斷減小的趨勢。當(dāng)加糖量在7%～9%范圍內(nèi)時,發(fā)酵飲料的感官評分相對較高;當(dāng)加糖量低于或高于此范圍內(nèi)時,發(fā)酵飲料的感官評分相對較低。原因在于過低或過高的加糖量都會造成發(fā)酵飲料的酸甜比例失衡,使得感官得分減低。因此,選取加糖量為7%、8%、9%進行后續(xù)正交實驗。

圖4 加糖量對感官評分的影響Fig.4 Effect of sugar contents on sensory evaluation score

2.1.2.4 發(fā)酵溫度對感官評分的影響 從圖5可知,在相同條件下當(dāng)發(fā)酵結(jié)束后,感官得分隨著發(fā)酵溫度的升高呈先緩慢增大后緩慢減小的趨勢。當(dāng)發(fā)酵溫度在35～39 ℃范圍內(nèi)時,發(fā)酵飲料的感官得分相對較高,且區(qū)別不大。因此,選取發(fā)酵溫度為35、37、39 ℃進行后續(xù)正交實驗。

圖5 發(fā)酵溫度對感官評分的影響Fig.5 Effect of fermentation temperature on sensory evaluation score

2.1.3 龍眼發(fā)酵飲料正交實驗結(jié)果 由表4可知,各組合的極差分別為:發(fā)酵劑為12.000,果汁含量為9.233,加糖量為2.767,發(fā)酵溫度為1.933,四個因素極差關(guān)系為RA>RB>RC>RD。可以看出發(fā)酵劑是影響龍眼發(fā)酵飲料感官評分的最主要因素,果汁含量次之,加糖量第三,發(fā)酵溫度影響最小。最佳組合為A1B2C3D2,即發(fā)酵劑采用發(fā)酵劑G,果汁含量為40%,加糖量為9%,發(fā)酵溫度為37 ℃。在此最優(yōu)條件下進行驗證試驗,結(jié)果表明感官評分為88.5分,符合優(yōu)化結(jié)果。

表4 龍眼發(fā)酵飲料正交實驗結(jié)果Table 4 Orthogonal experimental results of longan fermented beverage

表6 龍眼發(fā)酵飲料各項檢測結(jié)果Table 6 Detection results of longan fermented beverage

注:/表示無規(guī)定;n表示同一批次產(chǎn)品應(yīng)采集的樣品件數(shù);c表示最大可允許超出m值的樣品數(shù);m表示微生物指標(biāo)可接受水平的限量值;M表示微生物指標(biāo)的最高安全限量值。

由表5可知,發(fā)酵菌種對龍眼發(fā)酵飲料感官得分的影響最大,達到顯著的程度;果汁含量對龍眼發(fā)酵飲料感官得分的影響次之,同樣為顯著程度;加糖量以及發(fā)酵溫度對龍眼發(fā)酵飲料感官得分也有影響,但影響程度未達到顯著程度。

表5 龍眼發(fā)酵飲料方差分析結(jié)果Table 5 Variance analysis of longan fermented beverage

2.2 龍眼發(fā)酵飲料抗氧化活性

圖6的實驗結(jié)果表明,隨著龍眼發(fā)酵飲料量的增加,對于自由基DPPH的清除率快速提高并最終趨于平緩。當(dāng)龍眼發(fā)酵飲料量在0.2～0.8 mL范圍內(nèi)時,龍眼發(fā)酵飲料等量增加的同時,其對于DPPH的清除率呈極速增大的趨勢,從18.5%快速提高到84.6%;而當(dāng)龍眼發(fā)酵飲料量在1.0～2.0 mL范圍內(nèi)時,龍眼發(fā)酵飲料量的持續(xù)增加,其對DPPH的清除率增加緩慢,僅從88.1%提高到了91.4%。

圖6 龍眼發(fā)酵飲料抗氧化活性Fig.6 Antioxidant activity of longan fermented beverage

2.3 龍眼發(fā)酵飲料各項指標(biāo)檢測結(jié)果

由表6可知,龍眼發(fā)酵飲料的總酸含量為1.41 mL/100 mL,總糖含量為152 g/L,甲醛含量為6.2 mg/L;重金屬鉛、砷的含量均為未檢出,達到國標(biāo)要求;微生物檢測指標(biāo)中的大腸菌群、霉菌、酵母、沙門氏菌、志賀氏菌、金黃色葡萄球菌的含量都在相關(guān)國標(biāo)的要求范圍內(nèi)。

3 結(jié)論

以“石硤”品種龍眼果肉為原料,研究確定了發(fā)酵劑、果汁含量、加糖量、發(fā)酵溫度對龍眼發(fā)酵飲料感官得分的影響。在此基礎(chǔ)上進行了四因素三水平的正交實驗,實驗結(jié)果表明發(fā)酵劑和果汁含量為最主要的因素,都達到顯著程度。最優(yōu)發(fā)酵工藝條件為:發(fā)酵劑采發(fā)酵劑G,果汁含量為40%,加糖量為9%,發(fā)酵溫度為37 ℃,感官評分可達88.5分。

通過對最優(yōu)發(fā)酵條件下發(fā)酵所得的龍眼發(fā)酵飲料進行DPPH自由基的清除實驗,結(jié)果表明,隨著龍眼發(fā)酵飲料量的增加,對于自由基DPPH的清除率快速提高并最終趨于平緩。當(dāng)龍眼發(fā)酵飲料量在0.2～0.8 mL范圍內(nèi)時,其對于DPPH的清除率極速上升;而當(dāng)龍眼發(fā)酵飲料量在1.0～2.0 mL范圍內(nèi)時,其對DPPH的清除率增速卻變得緩慢;龍眼發(fā)酵飲料對自由基DPPH的清除率最高可達91.4%。

根據(jù)相關(guān)國標(biāo)檢測了龍眼發(fā)酵飲料的各項指標(biāo),檢測結(jié)果表明龍眼發(fā)酵飲料的總酸含量為1.41 mL/100 mL,總糖含量為152 g/L,甲醛含量為6.2 mg/L;重金屬鉛、砷的含量均為未檢出,達到國標(biāo)要求;微生物檢測指標(biāo)中的大腸菌群、霉菌、酵母、沙門氏菌、志賀氏菌、金黃色葡萄球菌的含量都在相關(guān)國標(biāo)的要求范圍內(nèi)。